连杆课程设计说明书.doc

. . . . .1零件分析及工艺方案确定1.1零件分析对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45号钢，材料性能稳定。零件图如下：图1.1图1.1零件图1.2 工艺方案的确定根据零件分析，结合生产批量大批量要求，生产设备，确定方案为：1. 选用设备类型：模锻锤2. 模锻形式：开式模锻3. 确定变形工步：下料开式拔长滚挤成型预锻终锻2.锤上模锻件设计 2.1 选择分模面 根据连杆的形状，采用上下对称的直线分模。2.2 确定模锻件加工余量和公差（1） 初步确定锻件的质量 ：估算锻件质量约为1.378kg。（2） 外包容体质量：Wb =11882697.8510-3 =6.99kg（3） 计算锻件的形状复杂系数：其中 锻件质量 锻件外包容体质量则根据公式 S=1.378/6.99=0.197，查资料得S位于0.160.32之间，所以锻件的复杂程度等级是3级。（4） 确定锻件的材质系数连杆的材料为45钢，所以其材料系数是M1。（5） 确定加工余量根据钢质模锻件公差及加工余量（GB/T 12362-2003）确定的尺寸公差为：高度公差：mm ，长度公差：mm ，宽度公差：mm。零件需磨削加工，加工精度为F2，由国家标准查得厚度方向和水平方向单边余量为1.7mm2.2mm,取2mm。确定孔径的半边余量：大孔为2.5mm。在大量生产的条件下，连杆锻件机械加工时用大小头端面定位，要求大小头端面在同一平面的精度较高，100mm内为0.6mm；而模锻后的高度公差较大，达不到上述要求，故锻件在热处理，清理后加一道平面冷精压工序。锻件经精压后，机械加工余量可大大的减小，取0.75mm，精压后锻件的高度公差取0.2mm。连杆精压后，大头的高度尺寸为：40+20.75=41.5mm，单边冷精压余量取0.4mm，所以模锻后大头部高度尺寸为：41.5+20.4=42.3mm。小头的高度尺寸为：36+20.75=37.5mm，单边冷精压余量取0.4mm，所以模锻后小头部高度尺寸为：37.5+20.4=38.3mm。2.3确定模锻斜度 上以表明杆部脱模斜度为11其他地方脱模斜度采用7，型槽外斜度定为7，内斜度定为10。2.4确定锻件圆角半径 锻件高度余量0.75+0.4=1.15mm，则需倒角的叉内外圆角半径为1.15+2=3.15mm 取R=3mm。其余未注圆角R=1.5mm。2.5确定锻件冲孔连皮 模锻不能直接锻出透孔，因此在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮，然后在切边压力机上切除掉。因锻件内孔并不是很大，同时考虑到加工及经济效益的影响，采用平底连皮，其形状如下图：图2.1平底连皮其中大头部的形状尺寸为：连皮厚度=6.18mm，取S=6mm。其中 d锻件内孔直径 H锻件内孔深度 连皮上的圆角半径，因模锻成型过程中金属流动激烈，应比同尺寸压凹件内圆角半径R大一些，采用一下公式：R1 =R+0.1h+2=3+4+2=9mm,取10mm。2.6确定模锻件的技术要求 （1）未住注明的模锻斜度为7，内斜度为10。 （2）未注明的圆角半径为R=1.5 （3）允许的错移量为0.6mm （4）允许的残留毛变量0.7mm （5）允许的表面缺陷深度0.5mm （6）锻件热处理：调质 （7）锻件表面清理：连杆毛坯经喷丸处理或喷砂处理2.7 绘制锻件图及计算锻件基本数据冷锻件图见冷锻件图锻件的主要参数为：（1） 锻件在平面上的投影面积为7680mm2（2） 锻件周边长度为728.61mm（3） 锻件体积为175600 mm3（4） 锻件质量为1.42kg 3 锤上模锻工艺及锻模设计3.1确定模锻锤的吨位总变形面积为锻件在平面图上的投影面积与毛边面积之和，参考锻造工艺学与模具设计表4-14，按2-3吨锤毛边槽尺寸考虑，假定毛边桥部宽度为25mm，总面积为F=7680+72825=25880，按双作用模锻锤吨位确定的经验公式G=(3.56.5)kF，因为汽车连杆为大批量生产，需要高生产率，取较大的系数6.3，取k=1.0，于是 G=6.31.0258.8=1030.44kg 选用1.5t锤。 3.2 确定飞边槽形式及尺寸 参照锻造工艺学与模具设计，选用图4-63毛边槽形式，其尺寸按表4-14确定，选定毛边槽尺寸为：h桥 =1.6mm，h1=4mm，b=8mm，b1 =25mm，r =2mm, FK=126。飞边槽的具体尺寸为： 图3.1 仓部示意图 因锻件杆部截面积太小，考虑拔长难以达到最小截面积，须增大毛边仓部宽度b1；大头部充料比较困难，流入毛边槽金属较少，将该处b1减小到25mm，使型槽安排紧凑，增大承击面积。 锻件毛边体积V毛=7280.7126=64209.6mm3 3.3 确定终锻型槽终锻型槽是按热锻件图加工和检验的，连杆的材料为45钢，考虑到收缩率为1.5%。根据生产的经验总结，考虑到锻模使用后承击面下陷，型槽深度减小及精压时变形不均，横向尺寸增大等因素，修改几处尺寸：辐板处增厚0.5mm；连杆38.3mm处，理论上应为38.9mm，实际取39.6mm；大头上下平面做成斜面将高度尺寸42.3mm上下各增加0.7mm；小头50mm，应为50.6mm，实际仍为50mm.绘制的热锻件图见锻模装配图。3.4 设计预锻型槽在工字型截面的杆部，辐板较薄而且宽，为防止终锻时产生折纹，应使预锻型槽面积少小于或等于终锻型槽相应处的截面积，辐板和肋的转角处外圆角半径由R=5mm，提高到R=8mm，使F预F终。预锻型槽沿分模面处的圆角半径增大到R=5mm，预锻型槽其余与终锻型槽不同的地方均在热锻件图上注明。3.5 绘制计算毛坯图根据连杆的形状特点，选取了13的截面图，分别计算F终，F毛和F计列于下表，并利用AutoCAD绘制了连杆的截面图和直径图。为设计滚挤型槽方便，计算毛坯图按热锻件尺寸计算。 截面图所围面积即为计算毛坯体积，得V计=2011631=232616mm3（与V锻+V毛=175600+64209.6=239810mm3，对比，相差2.9%。 平均截面积 F均=232616/311 = 728mm3 平均截面边长 a均=27.3mm按体积相等修正截面图和直径图（图中双点线部分）修正后的最大截面边长为a=58.4mm。表3.1截面号F2FFdF d 1314.2336650.225.50-21675.572601935.5744.51988.444.632202.802602462.849.63-42281.422602541.4250.41-5801.582601061.5832.58-6405.98260665.9825.81-7356.30260616.324.83620.524.98592.43260852.4329.20860.929.392729.732602989.7354.683004.454.8101735.652601995.6544.671993.244.7111349.492601609.4940.13-12810.352601070.3532.72-13167.42260427.4220.67-其中： M取值为：；F终锻件的截面积；F毛毛边槽的截面积；F计计算毛坯截面积；d计计算毛坯直径；3.6选择制坯工步计算毛坯为两头一杆，应简化为两个简单的一头一杆计算毛坯来选择制坯工步。 = amax / a均 =58.4 / 27.3 = 2.14= L计 / a均 =162 /27.3 = 5.93由图4-59知，此锻件应采用拔长，开式滚挤制坯工步，选用方形坯料，先拔长，再开式滚挤。模锻工艺方案为：拔长开式滚挤成形预锻终锻。3.7 确定坯料尺寸由直径图知，a min =24.2mm , a拐 =30.5mm 。杆部锥度K=(d拐-dmin)L杆=0.022则所需坯料截面积为： F坯= F拔-K(F锻-F滚 ) F拔=V头 / L头=1242 mm2 F滚=1.1F均=1.1748=822.8 mm2 因此 F坯=1242-0.185（1242 -822.8）=1164.4mm2 a 0=32.8mm 根据原材料规格，实际取a 0=35mm。烧损率取3%。则坯料的体积为：V坯=V计（1+）=219526 mm3 坯料长度：L坯=V坯/F坯=188.5mm，根据坯料的质量和长度，适于采用调头模锻，一料两件，坯料原长为188.52=377mm。3.8 制坯型槽设计（1）钳口设计 终锻形槽前端留下的凹腔叫钳口。钳口主要用来夹持坯料的夹钳和便于从形槽中取出锻件。其具体形状尺寸如下图。图3.2钳口尺寸 夹钳口尺寸主要依据夹钳料头的直径而定。应保证夹料钳子能被自由的操作，在调头锻造时能防止下锻件的相邻端部。有表查得钳口的尺寸值：钳口宽度 B=90mm，h=40 mm，R0=15 mm钳口的长度值可按模膛排布而定。（2）成形型槽设计1) 型槽高度h = h min-2(3 5)m =12 mm2) 型槽宽度B=F均/h min =68.7mm,取B=70mm（3）滚挤型槽设计：采用开式滚挤1) 型槽高度h=K计，计算结果列于表1中，按各截面的高度值绘出滚挤型槽纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。2) 型槽宽度为： 杆部： B杆 = F杆均 / h min +10 = 486/20+10=35mm头部： B头=73 mm 因为是开式滚挤，型槽头部和杆部宽度一样，选为80mm。3) 型槽长度等于计算毛坯图的长度。4) 试锻后调整，修改个别尺寸：大体的滚挤型槽如装配图（4）拔长型槽设计拔长型槽的主要作用是使批表局部截面积减小，长度增加，还兼有清除氧化皮的作用，拔长型槽的位置在模块边缘，有坎部，仓部和钳口三部分组成。选择开式拔长型槽，其拔长平台截面呈矩形，边缘敞开，如图所示。这种结构形式简单，制造方便。拔长型槽是以毛坯为依据进行设计的，主要确定拔长坎高度 a，宽度B，拔长坎长度c等尺寸。步骤如下：1) 拔长坎高度为：h=19.8mm 。2) 拔长坎长度为：C=k3d0=1.11.1335=44mm。3) 圆角半径：R=0.25C=0.2544=11mmR1=10R=110mm。4) 型槽宽度：B=K4D坯+（1020）=1.51.1335+10=69.33mm，取B=65mm。5) 仓部深度：e=1.2d小头=1.234.5=41mm6) 拔长型槽长度：L拔=255mm按上述设计可锻出合格锻件，为了提高生产效率，可适当的改具体参数。3.9 锻模结构设计模锻此连杆的1.5t模锻锤机组，加热炉在锤的右方，故拔长型槽布置在右边，滚挤型槽布置在锻模左边，预锻及终锻工步从左至右，如装配图所示。其中锻件宽度为95mm，壁厚度为25mm,预锻型槽与终锻型槽的中心距为95+25=120mm，取150mm，可使承击面积够用。 燕尾中心线与检验边的距离为：B拔+B滚+B成+1202/3=305mm.模块的外形尺寸选为：575mm455mm275mm (长宽高)。4.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定4.1 确定加热方式及锻造温度范围在锻造生产中，金属坯料锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可塑性，从而使金属易于流动成型，并使锻件获得良好的组织和力学性能。金属坯料的加热方法，按所采用的加热源不同，可分为燃料加热和电加热两大类。根据锻件的形状，材质和体积，采用半连续炉加热。金属的锻造温度范围是指开始锻造温度（始锻温度）和金属锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。确定锻造温度的原则是，应能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力。并能使制出的锻件获得所希望的组织和性能。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200，终锻温度为800。4.2确定加热时间加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间，包括加热个阶段的升温时间和保温时间。在半连续炉中加热，加热时间可按下式计算：=0.135=0.65(h)式中 D坯料直径或厚度，5cm； 钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）4.3确定冷却方式及规范 按照冷却速度的不同，锻件的冷却方法有3种：在空气中冷却，冷却速度快；在灰沙中冷却，冷却速度较慢；在炉内冷却，冷却速度最慢。根据本锻件的形状体积大小及锻造温度的影响，选择在空气中冷却。4.4确定锻后热处理方式及要求 锻件在机加工前后均进行热处理，其目的是调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工，消除锻件内应力，细化晶粒等。根据锻件的含碳量及锻件的形状大小，采用在连续热处理炉中，调质处理。可使锻件获得良好的综合力性能。4.5连杆件模锻工艺流程（1） 下料：5000KN剪切机冷切（2） 加热：半连续式炉 1220-1240（3） 模锻：1.5t模锻锤，拔长，开式滚挤，预锻，终锻（4） 热切边：1600KN切边压力机（5） 打磨毛刺：砂轮机（6） 热处理：连续热处理炉，调质，硬度dB=3.94.2mm（7） 酸洗：酸洗槽（8） 冷校正：1t摩擦压力机（9） 冷精压：1000KN精压机（10） 检验 参考文献1 姚泽坤.锻造工艺学与模具设计.西北工业大学出版社，2001：63-1232 吕炎主编.锻压工艺学.哈尔滨工业大学出版社，1983：158-4693 锻模设计手册编写组编著.锻模设计手册.机械工业出版社，1990： 88